循環流化床鍋爐設計和運行中若干問題的探討

賈振凱

摘 要：隨著新型潔凈煤的燃燒設備中，循環流化床鍋爐是應用得最為廣泛的一種設備。它所采用的是先進的流化循環的燃燒工藝，具有著極高的燃燒效率，同時還兼具著燃燒的強度極高、燃燒的適應性好以及能給高效的脫硫的優勢，所以，它的推廣和發展是當前適應社會發展的必然趨勢。

關鍵詞：循環流化床；鍋爐設計；運行；常見問題；解決措施

近二十年來，世界各國的很多科研機構和制造廠商都致力于循環流化床鍋爐的開發研究，共同的努力使此項技術日臻成熟和完善。與此同時，有關循環流化床鍋爐的設計思想和方法的研究也迅速發展。

1 循環流化床鍋爐設計方法的重要性

1.目前，循環流化床鍋爐已經在國內外進入商業規模的運行。但是，在已運行的循環流化床鍋爐中暴露出不少問題，尤其是國內的循環流化床鍋爐。造成這種現象固然有安裝和運行方面的原因，但在設計方面也存在不少問題。由于對循環流化床鍋爐的機理理解不夠深入正確，導致設計原則和思想錯誤，并缺乏相應的設計計算方法，使鍋爐的整體性能存在著很大的缺陷。近年來的設計對分離器問題有重視，但未形成定量的概念。（1）設計人員憑經驗變動燃燒室的高度，使國內中小型循環流化床鍋爐燃燒室高度有逐年增加的趨勢；（2）不同的燃料采用同樣設計的循環流化床鍋爐，達不到最佳使用效果；（3）相當一批循環流化床鍋爐運行狀態不正常，過量空氣系數過大，尾部磨損嚴重；（4）迄今為止，相當一批設計人員并未完全理解循環流化床內氣固兩相流的狀態是如何選取的，也不知道實現這一狀態的必要條件是什么。對循環床部件的設計也沒有一個明確的準則，采用試探或抄襲的辦法，因此造成了運行存在的問題。

2.國內的研究情況。國內的循環流化床鍋爐設計一直沒有完整的設計理論和設計規范。20世紀80年代初，中國根據鼓泡床的經驗開始向循環流化床發展。當時沒有認識到鼓泡床和循環床在氣固兩相流狀態上的差異，簡單地認為鼓泡床加上分離器就構成了循環床。這種概念甚至一直影響到了今天，錯誤地沿用了鼓泡流化床的許多概念。國內早期有關循環床的理論和實驗研究進行的較為零散，大多局限于部件性能的研究，而沒有從整體性能上分析。許多科研單位的研究，未能與鍋爐廠家的二次開發結合，形成標準的計算方法和相關的設計規范。多年來清華大學與鍋爐廠家合作，結合產品開發開展了一系列理論和實驗研究，并對商業循環流化床鍋爐進行了有目的的熱態測試。同時，科學辯證地研究和分析了國外循環床的研究和商業宣傳報道，希望加速形成中國自己的循環流化床鍋爐設計理論、設計導則及相關設計計算軟件。同時特別應當指出循環流化床燃燒技術是一個處于發展中的技術，有關設計思想尤其是設計軟件及設計導則還在不斷完善和發展中。這些設計思想的參數選擇和計算方法無不受到經驗積累的限制。包括國外已有的設計理論和設計方法仍有改進的余地。某些國外的資料有商業宣傳性，應當正確地加以識別。（1）國際上對爐內物料平衡的認識始終有欠缺，對循環量的報導有誤；（2）不同公司對傳熱系數的計算結果差別較大；（3）對燃燒問題、宏觀熱量釋放規律研究不夠；（4）對分離器的性能沒有確切可信的數據。如國外的文章對d50的介紹差別較大。有的公司計算程序中d 50直接按10 m計算，商業宣傳中為15～20m，而事實上超過30 m，工業裝置上的實際d 50在30～70 m。上述事實充分說明，結合中國大量的工程實踐，開發中國自己的循環流化床鍋爐設計方法、設計導則是非常必要的。循環流化床鍋爐設計的核心問題是對循環流化床內氣固兩相流動的正確認識，在此基礎上建立相應的設計準則。

2 運行中的常見問題及原因分析及解決問題的有效措施

1.運行中的常見問題及原因分析。（1）磨損。液體或固體顆粒以一定的速度和角度對受熱面和耐火材料表面進行沖擊，進而造成磨傷和損害成為磨損。循環流化床鍋爐的磨損主要分受熱面磨損和耐火材料及布風裝置的磨損。在受熱面磨損中，不管是水管、汽管、煙管還是風管的磨損，輕者導致熱應力變化、使其受熱不均，重者造成爆管或使受熱面泄漏，嚴重時導致鍋爐停爐，耐火材料磨損會使耐火層脫落、鍋爐漏風或加重磨損受熱面；布風裝置磨損將導致布風不均，嚴重時會使鍋爐結焦，這些都不同程度地影響鍋爐正常及安全經濟運行。（2）結焦。結焦在循環流化床鍋爐運行中較為少見，一般在點火或壓火過程中產生。結焦的主要原因有：運行操作不當造成床溫超溫而產生結焦；燃燒制備系統的選擇不當造成密相床超溫而結焦；運行中一次風量保持太小，改變整個爐膛的溫度場，是鍋爐出力降低，盲目加大給煤量，會造成爐床超溫而結焦；燃煤中揮發分含量低可能導致局部度過高而發生結焦。（3）爐墻損壞。鍋爐爐墻的損壞包括爐墻磚及耐火磚的局部跌落、開裂、結焦、鼓包和倒塌等。爐墻損壞時往往會發現爐墻與鋼架、過墻管、爐墻轉角處等有石棉填料大量跌落。損壞的主要原因有以下幾個方面：磚的質量部良，規格不一，耐火度低，強度不足，磚縫大小不一等；設計不合理，安裝、檢修質量不高。安裝或移裝后，烘爐時間不足或升溫過急，爐墻不夠干燥，即升壓供汽；冷爐點火時，點火時間太短；鍋爐啟停次數頻繁。經常使爐膛處于正壓下運行，爐膛溫度過高或飛灰熔點低，爐膛掛焦嚴重。

2.解決問題的有效措施。（1）解決壁管磨損問題。為了更好的解決水冷壁彎管的磨損問題，一方面在水冷壁下部密相區采用先讓管然后敷設高強度耐磨材料的方法，在其他部位開孔位置同樣采用先讓管后在爐膛內側增加澆筑料的方式來防磨。對于尾部受熱面內的管排則分別通過增加防磨護瓦及防磨套管的形式來增加受熱面的使用壽命。另一方面，嚴格控制受熱面部位的煙氣流速，防止流速過高形成的嚴重磨損。（2）解決爐膛結焦問題措施。為了解決這一問題，必須保證易發區域流化正常、顆粒混合物均勻或是移動溫度下的溫度均勻，也可以向床內加入石灰石材料；高溫結焦是在床層表面溫度較高、流化正常情況下出現的結焦現象。一旦床內碳含量過高，其就可能出現結焦現象；漸進性結焦是難以發現的結焦形式，其一般數控制不當或是堵塞上。

加快推進我國循環流化床的廣泛應用，對燃燒設備的發展具有著重大意義，在這一過程中不斷促進技術的升級和完善，以實行煤的最大化利用。

參考文獻

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[2]徐秀清，徐向華.循環流化床鍋爐原理及其設計和運行中的若干問題[J].動力工程，216，2：40-45.